一種多通道的電流縱差保護接口方案

一種多通道的電流縱差保護接口方案

1光纖通信接口的通信方案目前，中國高壓線電流縱差保護裝置通常采用數(shù)字通信系統(tǒng)，通信模式主要采用pcm（脈象編碼）模式。對遠距離線路保護,通道采用復接微波或光纖通道的方式,對于短線路,通常采用保護專用光纖通道。不管何種保護,總是采用64/56kb/s的同步通信接口,與微波或光纖PCM復接設備電接口相連,或直接與專用光纖相連。保護的64/56kb/s的同步通信接口與復用通信系統(tǒng)之間,根據(jù)我國電信系統(tǒng)的要求,統(tǒng)一采用同向接口方式,遵循CCITT(國際電話與電報咨詢委員會)G.703規(guī)約。參照國內(nèi)外光纖通信設備的保護和使用情況,結(jié)合電流縱差保護對保護信息的要求,本文提出了一種通信方案,并介紹了相關設備研制情況。該方案具有一些新的特點:(1)通信速率高,并可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活設置;(2)通信可靠性高,采用了多種提高可靠性的方案;(3)通過通信幀結(jié)構(gòu)的合理設置,可以滿足保護的更多要求;(4)硬件實現(xiàn)簡便可靠。2通信方案的結(jié)構(gòu)2.1對圖像的數(shù)據(jù)處理電流縱差保護要求通信數(shù)據(jù)幀必須包含保護裝置正確動作所需全部數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)必須完整、可靠地被傳遞。目前保護數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu),其組成大體上可以分為三部分:電流,控制量,附加量。電流是為了對端進行差動計算所必須,根據(jù)所選原理需要,既可以傳送電流向量也可以傳送瞬時電流采樣值。控制量是保護功能的組成部分,也是差動保護正確動作要求的,通常包括遠跳信號,保護起動、動作信號,CT斷線以及同步調(diào)整信號等。附加量則是保證前兩者正確傳輸所必須的,如抗干擾編碼等。本文設計的幀結(jié)構(gòu),采用傳送電流采樣值,總共幀長為142bit;若傳送電流向量,則幀長還要增加6個字節(jié),即192bit。如圖1所示。幀的組成參考了HDLC(高層數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議),數(shù)據(jù)采用自動“0”加入和刪除技術(shù),減少了碼流中的直流成分,這增加了不超過24bit的額外開銷。CRC(循環(huán)冗余校驗碼)為每幀數(shù)據(jù)的校驗碼,用以檢測數(shù)據(jù)的正確性。由于保護裝置的通信一般為點對點或點對兩點,因此省略了HDLC規(guī)約的地址場?？刂谱值脑O計采用增加安全的方法,對所傳控制字進行了簡單編碼,增加安全性。同步字進行動態(tài)同步檢測,保證兩側(cè)采樣同步?？紤]到光纖通道誤碼率低的特點,用海明碼糾正每幀中1位誤碼的情況,進一步提高通信可靠性。接收數(shù)據(jù)時,首先用海明碼糾錯,再用CRC校驗,若仍然存在錯誤,則該幀被丟棄?？紤]丟棄而不是重發(fā)的原因:由于通道速率慢,考慮通信的時延,沒有重發(fā)的可能;重發(fā)增加了保護程序的復雜程度,占用計算的資源,延長了保護動作時間。按照每周波12點采樣,當采用64kb/s的通道時,每個采樣間隔只能傳106bit的信息。因此,上述一幀信息無法在1.667ms內(nèi)全部傳遞。為了傳遞更多信息,目前的保護裝置通常采用5ms傳遞一次電流向量的方法。但為了保證遠跳等重要信息的可靠性,大多采用多次重復判斷的方法。這就造成了兩個問題:一是保護動作的時延,特別是出現(xiàn)誤碼時,通信間隔過長造成的時延就更嚴重;二是僅能傳電流向量限制了保護原理的選擇。為了解決這一矛盾,提出以下通信方案。2.2系統(tǒng)的通信板c現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn),采用保護專用光纖通道時,光纖通道由保護專用,通信速率可以很高。采用PCM設備復接通道的保護,雖然保護裝置僅使用了其中的一個64kb/s電口,但為了保證安全性,PCM設備中該64k電口所屬2M通道一般不再傳送其他信息。因此,適當提高保護通信的速率是完全可能的。本文設計了n*64k電接口、2M光接口(線路碼型1B1H,碼速16.896M)、標準E1接口(2M電接口)三種用戶接口,64k電口數(shù)n可以根據(jù)需要在2M范圍內(nèi)靈活設置。本裝置所設計的光通信插板共兩塊:一塊內(nèi)置于保護機箱,完成將計算機總線信號變?yōu)楣庑盘柾该鱾鬏數(shù)墓δ?透明傳輸指計算機與通信板信息交換的數(shù)據(jù)格式,沒有指令字頭、結(jié)束符等數(shù)據(jù)包信息,只要計算機有數(shù)據(jù)輸出,通信板就把數(shù)據(jù)編碼發(fā)送,當接收板接收到數(shù)據(jù)信號后進行解碼,解碼后的數(shù)據(jù)按發(fā)送端的格式從總線輸出,也就是說通信板對使用者是開放的、透明的);另一塊獨立機箱,將第一塊插板送來的光信號分配給若干64k電口或2M電口,完成和PCM設備的接口功能。兩塊光通信板的使用方式有兩種:一種為經(jīng)過PCM設備復接通信方式,如圖2所示;另一種用于保護專用光纖通道,僅用到內(nèi)置板,如圖3所示。保護CPU板和內(nèi)置光通信板通過計算機總線直接連接。內(nèi)置光通信板對外僅提供2M光口,或提供2M光口接入的復接應用方式(見圖3),可以直接連接光纖通道進行通信。對圖2應用方式,內(nèi)置板通過光纖和外置板連接,外置接口板提供2M光口到2M電口或n路64k通道的轉(zhuǎn)接服務。當然,在內(nèi)置光通信板上可以直接設計對外的電口,由電纜或雙絞線直接連接到PCM設備的電口。這就可以省略外置板。但考慮到現(xiàn)場惡劣的EMC(電磁兼容)環(huán)境和對通道不同于通信的高要求,采用光纖作為保護裝置對外的通信通道無疑大大提高了由保護安裝處到PCM設備的通信可靠性。3通信方案的實施3.1共享型公務電話系統(tǒng)內(nèi)置通信板與保護主板之間通過PC104接口連接。主板將數(shù)據(jù)通過PC104接口交給通信卡,并從通信卡讀取對方送過來的數(shù)據(jù)。內(nèi)置通信板提供兩路獨立的通道,也可以設置為主備方式。每個通道模塊包括發(fā)送和接收兩部分。內(nèi)置通信板的發(fā)送部分將來自PC104接口的異步數(shù)據(jù)按HDLC協(xié)議封裝,并加上糾錯編碼,按照可變數(shù)據(jù)時隙寬度和同步復幀的要求,與公務電話和隨路信令一起進行2M同步數(shù)據(jù)成幀,經(jīng)CMI(傳號反轉(zhuǎn)碼)線路編碼完成異步數(shù)據(jù)的同步光傳輸。內(nèi)置通信板接收部分將光信號進行CMI解碼、2M同步數(shù)據(jù)幀解復用、HDLC解碼、海明碼解碼和CRC校驗,把數(shù)據(jù)送往PC104接口。公務電話送往電話接口單元。內(nèi)置通信板對外為2M光纖通道,傳輸?shù)膬?nèi)容包含數(shù)據(jù)、公務電話和隨路信令,而且實際可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捒勺儭．斂梢蕴峁┕饫w鏈路時,內(nèi)置通信卡可單獨組成專網(wǎng)使用,可以使用盡可能多的時隙;當現(xiàn)場只提供n個64k鏈路時,內(nèi)置通信板與外置通信板配合使用,只能使用n個時隙用于數(shù)據(jù)傳輸。時隙的選擇有硬件開關配置和寄存器(可通過軟件讀寫)配置兩種方式。當現(xiàn)場只提供n個64k鏈路時,內(nèi)置通信板與外置通信板配合使用。為便于外置通信板同步n個64k鏈路上的數(shù)據(jù),內(nèi)置通信板引入復幀。每一復幀包含16個2M幀,分為兩個子復幀,每個子復幀包含7幀數(shù)據(jù)和1幀子復幀同步頭。為了設備在使用中維護方便,內(nèi)置通信板附加了兩路公務電話。與之對應,公務電話的呼叫方設兩個通話呼叫開關,受話方設蜂鳴器和LED(發(fā)光二極管)指示燈。3.1.1時鐘分配電路如圖4所示,時鐘電路先從來自2M光口的CMI碼流中提取一個2M的時鐘,鎖相環(huán)根據(jù)此時鐘提取一個高穩(wěn)時鐘,作為接收部分的工作時鐘并送時鐘分配電路,分配電路根據(jù)用戶配置決定發(fā)送時鐘使用本地時鐘還是外時鐘。本板將LIS(輸入信號丟失)、AIS(告警指示信號)、誤碼率等通過指示燈給出,同時保護可以通過軟件讀出通信設備的狀態(tài),決定保護功能的執(zhí)行。其他模塊的功能和上面介紹的相同。3.1.2單元電路黨內(nèi)法規(guī)內(nèi)置通信板包含電源變換、公務電話接口、光模塊接口、時鐘電路和FPGA(可編程邏輯器件)及其外圍電路5個單元電路。設計中,采用了Xilinx公司FPGA完成接口、HDLC協(xié)議及通信功能的關鍵部分。FPGA以其邏輯單元的靈活性方便了設計工作,也使設計出的內(nèi)置板結(jié)構(gòu)更緊湊,抗干擾能力更強,可以適應現(xiàn)場惡劣的電磁環(huán)境。3.2網(wǎng)絡復幀同步模塊外置通信板是一個獨立的裝置,可以與PCM設備安裝在同一機架上。外置通信板實現(xiàn)內(nèi)置通信板和PCM設備之間的連接。內(nèi)置板將數(shù)據(jù)以2M速率通過光纖和外置板交換,外置通信板再將數(shù)據(jù)進行緩沖和碼型變換等處理,輸出2M電口或多路64k電口與PCM設備可靠連接。外置通信板的電口采用CCITT的G.703同向接口標準。發(fā)送數(shù)據(jù)時,按照內(nèi)置板所用時隙寬度將同步復幀(用于單個時隙同步)發(fā)送到PCM設備的幾個64k電口。接收時,根據(jù)復幀同步頭實現(xiàn)多路64k之間的同步組合。外置板實際是一個獨立的光端機,具備獨立的電源、時鐘等。特殊之處在于,外置板業(yè)務側(cè)為2M光口,局側(cè)為2M電口和n個64k同向口可選,并且n個64k電口不能隨便接入任意數(shù)據(jù)格式。因為為保證n個電口之間的同步采用復幀的方式,若接收到的數(shù)據(jù)中無復幀同步字,就不能正確的識別。由于外置通信板和PCM復接設備共同使用,因此公務電話被省略,可以節(jié)省1個64k鏈路。3.2.1護時時鐘電路按照規(guī)程規(guī)定,保護通道經(jīng)PCM設備復接構(gòu)成,保護采用從時鐘。因此外置通信板的時鐘電路從接收碼流中提取,然后作為本板的發(fā)送時鐘。多路64k電口之間的完全同步,依靠復幀同步邏輯模塊實現(xiàn)。3.2.2fpga接口電路外置通信板包括電源變換、2M電接口、光模塊接口、多路64k電接口、時鐘電路和FPGA及其外圍電路6個單元電路,也采用FPGA完成接口電路外的全部通信功能。其他模塊的功能同普通光端機。4硬件設計測試結(jié)果本文提出了一種適用于高壓線路電流縱差保護的光纖通信方案。該方案和目前運行的保護光纖通信設備相比,具有如下特點:(1)可以根據(jù)實際需要靈活設定通信速率,解決了通信速率對保護的制約問題;(2)有復幀設計和更加可靠的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通過多級的抗干擾編碼